放疗中使用影像引导放疗(Image-guided Radiotherapy,IGRT)可在一定程度上提高放疗质量,但是现有的影像引导技术都存在着一定的缺陷,或增加患者X光的受照剂量,或无法直接、实时的获取肿瘤位置,可见临床亟需一种对患者无副作用的影像引导放疗技术。放疗采用的是医用直线加速器所产生的脉冲宽度为几个微秒的X光,根据光声效应原理放疗时,被辐照的组织会产生微弱的光声信号,该光声信号包含了X光在受照组织中的吸收分布信息,采集放疗时组织产生的光声信号,进行光声成像,将可以在放疗的同时,实时获取X光在组织中的吸收分布图像。但是,放疗采用的是脉冲宽度为几个微秒的X光,受照组织所产生的声信号集中在几十kHz~几百kHz,并且放疗室内噪声强,这增加了信号采集的难度。综上所述,本文提出将稀疏采样的光声成像技术用于放疗影像引导,目的是放疗的同时获取X光在组织中的吸收分布图像。这一影像引导技术具有实时、无副作用、剂量引导的优点。本文的主要研究内容如下:1)搭建光电检测电路,检测放疗X光脉冲的宽度,实验测量结果为4μs。2)根据所检测到的X光的脉冲宽度,在Matlab环境下,应用K-wave工具包根据光声效应原理仿真计算脉宽为几个微秒的光脉冲所产生的光声信号,分析结果表明该信号具有幅值低、带宽宽的特点。3)对基于稀疏采样的光声成像技术进行了深入的研究。在对比分析了滤波反演投影图像重建算法和时间反演图像重建算法的基础上,提出了基于多种插值算法优化的时间反演算法,并且进行了理论仿真、实验数据验证,结果表明:对组织产生的光声信号进行稀疏采样时,基于PSO优化的支持向量机插值算法可以有效的提高重建图像质量。4)搭建了单阵元光声信号采集系统,应用直线加速器产生的脉冲X光作为激发光源,检测所产生的声信号。对比分析了所设计的PZT-4探头与Olypus V301商用探头所接收到的光声信号差异。5)改进超声成像设备S-Sharp,使其能够接收低频、宽带超声信号,通过搭建多通道并行数据采集平台,为后续实现X光光声信号的多通道并行数据采集做好准备。结论:使用本文搭建的单阵元光声信号采集系统采集放疗X光辐照铅块所时产生的光声信号,应用基于PSO优化的支持向量机插值算法、时间反演图像重建算法可以获得较好的光声图像;为更好的采集放疗X光激发的声信号,需要设计灵敏度高、带宽宽、中心频率在70kHz附近的探头。